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基于水体衰减系数反演的水下图像复原方法

计算机工程 2023年第1期49卷 258-269页

作者：庄子杰范之国金海红宫凯强合肥工业大学计算机与信息学院合肥230601 安徽建筑大学电子与信息工程学院合肥230601

光在水中传输时容易受到水体和水中微粒的吸收和散射作用,造成成像模糊和颜色失真,导致水下图像质量有待提高。提出一种基于水体衰减系数反演的图像复原新方法,不预设水体类型和波长值,而是通过图像反演求得最符合图像特征的衰减系数。... 详细信息

光在水中传输时容易受到水体和水中微粒的吸收和散射作用,造成成像模糊和颜色失真,导致水下图像质量有待提高。提出一种基于水体衰减系数反演的图像复原新方法,不预设水体类型和波长值,而是通过图像反演求得最符合图像特征的衰减系数。对图像去除垂直衰减色差,使描述水下图像强度规律的先验信息能更准确地反映水平方向的光传输特性,提升背景光估计和场景深度估计的准确性。利用水下图像的雾化模糊特征、红通道分量衰减特征以及通道间衰减差异特征得到水下图像场景深度的融合估计结果,依据像素场景深度与水下成像模型,通过非线性拟合直接反演出水下图像的衰减系数,并基于灰度世界假设对衰减系数进行优化,以完成传输率求解,实现图像复原。最后,使用非锐化掩膜增强图像,凸显细节信息,提升视觉效果。实验结果表明,与SMBOT、IBLA、ULAP、UDCP方法相比,该方法在RUIE数据集上的复原图像信息熵平均值分别提升了4.9%、5.4%、9.2%、17.9%,能较好地提升图像整体视觉效果。

关键词：水下图像复原深度估计衰减系数非线性拟合细节增强

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水下图像复原及目标检测方法研究

水下图像复原及目标检测方法研究

作者：陈作特南京航空航天大学

学位级别：硕士

水下设施的例行和应急检测是保障船闸正常运行的关键,由于船闸所处水体情况复杂,存在泥沙、微生物等悬浮物质,水质浑浊程度不均,导致水下设施图像存在对比度低、模糊、颜色失真等问题,直接影响水下设施运行状况的判断。论文开展水下图... 详细信息

水下设施的例行和应急检测是保障船闸正常运行的关键,由于船闸所处水体情况复杂,存在泥沙、微生物等悬浮物质,水质浑浊程度不均,导致水下设施图像存在对比度低、模糊、颜色失真等问题,直接影响水下设施运行状况的判断。论文开展水下图像复原和目标检测方法的研究,对于提高船闸水下设施的检测水平具有重要意义。根据水下与雾天、夜间环境图像成像模型上的相似性,将暗通道和LMCV先验直接用于水下图像复原,结果表明两种方法的局限性。分析基于暗通道和LMCV先验复原方法中透射率的相似性,提出一种新的透射率表达式,能有效用于多种场景图像的透射率估算,通过透射率细化和背景光估算得到复原方程。复原结果表明,该方法复原后图像的评价指标(UIQM)更高,同时也能有效复原夜间、雾天图像,但无法用于浑浊水下图像复原。构建浑浊水下环境,测试RGB三种光线在浑水环境下的可见度和衰减特性,结果表明:与海水环境不同,浑浊水环境下蓝光衰减最快,红光次之,绿光最慢。在此基础上,根据颜色通道间的衰减差异与透射率的关系,估算图像的透射率与背景光,提出一种基于通道衰减差异的水下图像复原方法。复原结果表明,与前述方法以及现有复原方法相比,该方法复原后的浑浊水下图像的UIQM评价指标更高,同时也能有效复原海水图像。根据水下设施紧固螺钉的检测要求,分析不同水下目标特征,采用Adaboost算法和级联分类器检测水下目标,通过非极大值抑制消除重复窗口和错误窗口。比较LBP、Haar和HOG三种特征训练得到的分类器在浑浊水下图像中的检测效果,结果表明,HOG特征对应的分类器在浑浊水下检测效果更好。

关键词：水下图像复原成像模型透射率浑浊水环境水下目标检测

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基于改进引导滤波算法的水下图像复原

火力与指挥控制 2023年第12期48卷 148-155页

作者：薛倩倩胡红萍宋娜中北大学数学学院太原030051

针对水下图像对比度低,细节模糊,存在颜色偏差的问题,提出一种基于改进引导滤波的水下图像复原算法。将红通道进行反转得到新的水下模型,利用红色暗通道图估计背景光;通过饱和度估计粗透射率图,利用改进的引导滤波算法对透射率图进行细... 详细信息

针对水下图像对比度低,细节模糊,存在颜色偏差的问题,提出一种基于改进引导滤波的水下图像复原算法。将红通道进行反转得到新的水下模型,利用红色暗通道图估计背景光;通过饱和度估计粗透射率图,利用改进的引导滤波算法对透射率图进行细化;对恢复后的图像进行图像增强处理。使用该算法与几种水下图像处理算法对多种水下环境中的图像进行处理,比较视觉效果和UCIQE等评价指标。实验结果表明,算法可以有效复原出清晰图像,校正颜色失真,提高对比度,增强细节,且对人工光源区域也同样适用。

关键词：水下图像复原红通道反转引导滤波算法图像增强

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基于深度图的水下图像复原

吉林大学学报（工学版） 2021年第2期51卷 677-684页

作者：郭继昌乔珊珊天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

水下图像深度图估计的准确性影响复原后的图像质量,为得到更加准确的深度图,提出了一种基于衰减通道结合亮度图的深度图求解算法,并利用该深度图复原水下图像。首先,根据图像像素值与场景深度的关系估计水下图像的深度图,并使用图像的... 详细信息

水下图像深度图估计的准确性影响复原后的图像质量,为得到更加准确的深度图,提出了一种基于衰减通道结合亮度图的深度图求解算法,并利用该深度图复原水下图像。首先,根据图像像素值与场景深度的关系估计水下图像的深度图,并使用图像的亮度图对深度图进行修正和细化;然后,利用深度图计算图像的大气光值和透射率图;最后,通过逆求解水下成像模型复原退化的图像。实验证明:与现有算法相比,利用该深度图得到的模型参数更加准确,复原后的图像不仅拥有更好的对比度,而且能保持自然真实的颜色。

关键词：信息处理技术水下图像复原水下成像模型深度图

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水下图像复原方法的研究

水下图像复原方法的研究

作者：吴琼天津大学

学位级别：硕士

海洋水体数据的获得对于人类对海洋资源的开发利用有重要意义。在多种海洋数据信息中,水下图像是人类探测海底的必要手段之一,借助计算机视觉,能够较为直观地反映水下真实场景。水下图像具体可应用于海底生物环境检测、能源勘探、水质... 详细信息

海洋水体数据的获得对于人类对海洋资源的开发利用有重要意义。在多种海洋数据信息中,水下图像是人类探测海底的必要手段之一,借助计算机视觉,能够较为直观地反映水下真实场景。水下图像具体可应用于海底生物环境检测、能源勘探、水质取样、水下施工。然而,获取的图像普遍存在着对比度低、蓝绿色偏严重的问题,这不仅不利于图像观测,还会对后续的特征提取、图像识别等科学任务造成影响。水下图像复原是指从一幅输入的降质的水下图像中,根据水下成像先验知识和光学物理模型,利用图像处理技术,复原出对比度提升、色偏纠正、信噪比更高的图像数据的过程。水下图像复原技术突破低成本的成像设备和复杂成像环境的限制,降低了技术成本,扩大了应用范围。本文对现有的水下图像复原方法进行研究,创新性地提出基于Color-line的水下图像复原方法。创新点有三:一是引入Color-line颜色空间先验模型,通过分析输入图像中一些图像块中像素点在RGB颜色空间中的分布得到背景光信息,再结合图像中各个像块的Color-line得到局部透射率;二是将对透射率矢量的求解,转化为一个求解景深的非线性最小二乘问题,采用拟牛顿法对透射率和像块Color-line参数进行交替迭代求解;三是基于色彩恒常性假设,通过计算场景中各通道的衰减情况估计场景水深,进而补偿场景中的亮度值在不同波长范围的衰减。实验表明,基于Color-line的水下图像复原方法能够准确估计水下图像透射率和背景光矢量,复原图像在细节、色彩、对比度、自然的观感等方面都有很好的表现。

关键词：水下图像复原图像去雾海洋光学

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水下图像复原系统关键技术研究

水下图像复原系统关键技术研究

作者：朱佳琦陕西科技大学

学位级别：硕士

水下图像是一种重要的信息载体。对水下图像的处理在水下资源勘探、水下环境监测及水下机器人等领域有着重要的研究意义。在水下环境中,水分子和悬浮颗粒对可见光的散射会造成水下成像模糊,不同波长可见光在水中衰减程度不一致会使得水... 详细信息

水下图像是一种重要的信息载体。对水下图像的处理在水下资源勘探、水下环境监测及水下机器人等领域有着重要的研究意义。在水下环境中,水分子和悬浮颗粒对可见光的散射会造成水下成像模糊,不同波长可见光在水中衰减程度不一致会使得水下成像产生色偏,最终导致水下图像出现明显的退质现象。并且,在不同气候,地域等客观因素条件下,水下图像中各通道衰减比率不尽相同。为了获取更加真实的复原效果,本文对水深五米以内的水下图像复原关键技术进行了探究,从不同角度提出两种水下图像复原算法,并设计出一套水下图像复原系统。具体工作如下:针对水下降质图像复原过程中,存在背景光预估偏差及对比度失衡的问题,提出一种水下图像复原方法。首先根据超像素图像分割方法确定背景光区域及取值,然后采用红通道先验理论求取预估透射率,获得初步复原图像;最终通过归一化幂律校正的限制对比度自适应直方图均衡化算法增强复原图像的颜色。使用三种图像质量评价标准对实验结果进行客观分析,结果表明,该方法可以有效均衡对比度,提高可视化效果。针对基于局部块的先验算法普遍存在的块效应问题,提出一种基于雾线暗通道先验的水下图像复原方法。该方法使用雾线模型进行去模糊操作,在背景光预估时,结合结构森林边缘检测方法与红通道信息获得准确的背景光值,并且通过暗通道先验模型和导向滤波算法优化透射图。经图像质量评价标准的客观分析,本文算法能够有效提升画质和对比度,还原色彩信息。最后以树莓派平台为核心,设计了一套水下图像复原系统,利用Matlab提供的硬件支持包导入复原算法,外接USB水下摄像头采集水下图像并进行清晰化处理。为了扩展应用场景,搭建了反向代理服务器,实现内网穿透,可从外网登录访问树莓派。测试结果表明,该水下图像复原系统具有自适应修复降质图像的能力,同时,应用场景广泛,具备一定实用价值。

关键词：图像处理水下图像复原红通道先验雾线树莓派

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基于梯度通道和优化透射率的水下图像复原

吉林大学学报（工学版） 2020年第4期50卷 1435-1442页

作者：郭继昌茹丽郭春乐天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

由于水对光的吸收和散射作用,水下图像通常存在颜色失真、对比度低等问题。为了恢复图像的颜色和清晰度,本文提出一种基于梯度通道和优化透射率的水下图像复原算法。首先根据图像背景区域的纹理特征和颜色特征,使用梯度通道结合红通道... 详细信息

由于水对光的吸收和散射作用,水下图像通常存在颜色失真、对比度低等问题。为了恢复图像的颜色和清晰度,本文提出一种基于梯度通道和优化透射率的水下图像复原算法。首先根据图像背景区域的纹理特征和颜色特征,使用梯度通道结合红通道估计背景光,然后依据信息损失最小和对比度最大的优化原则估计红通道透射率图,再利用水体固有的光学特性,计算蓝、绿通道的透射率图,最后通过逆求解成像模型复原水下图像。实验结果表明,与现有算法相比,所提算法在恢复图像对比度和真实颜色上有一定优势。

关键词：信息处理技术水下图像复原水下成像模型梯度通道透射率计算

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水下图像复原方法研究

水下图像复原方法研究

作者：王婷郑州大学

学位级别：硕士

数字图像复原技术应用于很多领域,如显微成像、遥感图像、医学图像等。但是由于水下环境的复杂性,针对水下图像复原的研究还比较少。随着社会和科学技术的发展,水质污染越来越严重,如何很好的解决水质问题是目前人们关心的重要问题之一... 详细信息

数字图像复原技术应用于很多领域,如显微成像、遥感图像、医学图像等。但是由于水下环境的复杂性,针对水下图像复原的研究还比较少。随着社会和科学技术的发展,水质污染越来越严重,如何很好的解决水质问题是目前人们关心的重要问题之一。水利工程项目、水下环境监测、水下地貌复原等都要求能够得到高质量的水下图像,而水下环境的复杂,硬件设备的成本等都导致软件技术解决水下图像复原的重要性。本文主要工作如下:1、分析水下图像模糊类型及其特性由于水下环境的复杂性会导致图像模糊类型的差异,主要可分为三大类模糊类型:运动模糊、高斯模糊和离焦模糊。本文主要研究基于频谱分析的水下图像模糊类型识别方法,根据傅里叶变换后的图像分别进行对数归一化、移频、图像平滑、图像增强后的频谱图,依据不同的频谱特征分析图像的模糊类型,从而应用不同的退化模型做出相应的估计复原。2、建立基于湍流退化模型的水下图像复原由于水和空气都属于流体介质,水下退化图像相当于严重大气干扰下的退化图像,因此将水下图像退化模型描述为湍流模型在实验中被证明是具备可行性的。根据退化的湍流模型,只要确定模糊函数类型,基于湍流的水下图像复原就可以等同于估计模糊函数的参数。3、湍流退化模型的参数k估计取值基于湍流退化模型的水下图像复原,经典的方法是通过图像质量评价标准作为判断模糊函数参数k估计的指标。本文设计了一个针对blur-MSE代价函数来求解模糊函数参数最优值的方法,对水下降质图像采用由粗到细的搜索策略,对参数k进行估计,根据估计得到的最优值进行模糊函数重建。由于本文的研究重点在于模糊参数的估计,因此最后使用简单的维纳滤波进行非盲复原图像。4、建立基于交替迭代的盲水下图像估计由于水下环境复杂,在水下图像成像过程中,仅是将水下退化图像看作是湍流模型是不能够满足实际的需要。因此本文直接将水下成像系统看作是线性图像退化系统,使用交替迭代的方式进行模糊函数和水下图像的估计。虽然本文的做法不能达到去除水质中浑浊的颗粒和水下的光线影响,但是本文的交替迭代算法可以有效的提高水下图像的视觉效果和细节信息。

关键词：水下图像复原湍流模型点扩散函数维纳滤波盲复原

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融合暗原色先验和稀疏表示的水下图像复原

电子与信息学报 2018年第2期40卷 264-271页

作者：王鑫朱行成宁晨吕国芳河海大学计算机与信息学院南京211100 南京师范大学物理科学与技术学院南京210000

由于水下图像成像过程中受光的散射、噪声干扰等因素影响,致使图像质量严重退化。为了去除模糊和抑制噪声,改善水下图像质量,该文提出一种融合暗原色先验和稀疏表示的水下图像复原新方法。该方法首先利用暗原色先验理论计算水下图像的... 详细信息

由于水下图像成像过程中受光的散射、噪声干扰等因素影响,致使图像质量严重退化。为了去除模糊和抑制噪声,改善水下图像质量,该文提出一种融合暗原色先验和稀疏表示的水下图像复原新方法。该方法首先利用暗原色先验理论计算水下图像的暗原色,然后基于稀疏表示理论对暗原色进行去噪和优化,基于改进后的暗原色计算水体透射率和光照强度以计算最终复原结果,可以同时达到去模糊和去噪的良好效果。实验结果表明,提出的方法有效提高了图像的平均梯度和信息熵等图像像素,从而改善了图像的质量。

关键词：水下图像复原暗原色先验稀疏表示